Projekter vi har finansieret

Mitokondrier er vores cellers kraftværker. De er oprindeligt bakterier, der for cirka to milliarder år siden blev opslugt af en større celle, men undgik nedbrydning og forblev i cellen som såkaldte "endosymbionter". Dette førte til dannelsen af den første sande "eukaryot" - en celle med cellekerne og specialiserede organeller - stamfaderen til alle dyr, planter, alger og svampe. Således har mitokondrierne udviklet sig sammen med højere dyrs immunforsvar, men imidlertid bibeholder mitokondrierne mange af deres bakterie-lignende træk. En række af disse træk har de til fælles med nulevende sygdomsfremkaldende mikroorganismer. Immunsystemet genkender netop sygdomsfremkaldende organismer gennem sådanne "bakterie-træk", når det bekæmper infektioner. Så hvorfor genkender immunsystemet ikke mitokondrier og forårsager skade på vores egne celler? Det er dette paradoks jeg vil undersøge i mit projekt. Jeg har for nylig vist, at selv om mitokondrier frigivet fra døende celler genkendes af en del af det medfødte immunforsvar, fører det ikke til betændelseslignende reaktioner, men derimod beskyttende (homøostatisk) fjernelse af disse. Dette projekt vil følge op på denne opdagelse, og undersøge samspillet mellem immunforsvar og mitokondrier mere generelt. Projektet er på langt sigt vigtigt for forståelsen af autoimmune sygdomme. Arbejdet vil blive udført i samarbejde med Professor Michael C. Carroll, ved Immune Disease Institute og Harvard Medical School, Boston, USA.

For dyr generelt gælder det, at kompleksiteten i deres kommunikationssystem afspejler kompleksiteten i deres sociale struktur. I den sammenhæng udgør den dybt dykkende kaskelothval et paradoks: Den lever i stabile grupper af 10-20 dyr med en lang række komplekse sociale interaktioner, såsom babysitting og fælles koordineret forsvar mod rovdyr, men dens kommunikationssystem er tilsyneladende ekstremt primitivt, idet alle kaskelothvaler i den samme gruppe tilsyneladende udveksler nogle få korte morskode-lignende klik mønstre som de bruger til at kommunikere med. Dette post doc projekt vil studere dette paradoks ved at forene viden om en meget velstuderet population af kaskelothvaler udfor Dominica med state-of-the-art akustiske målepakker, der samtidigt placeres på 4-5 kaskelothvaler i den samme gruppe. På den måde kan de klikmønstre som hvert enkelt dyr både modtager og afsender optages samtidigt med, at dets adfærd logges via accelerometre, magnetometre og tryksensorer. Dette vil tillade en detaljeret afdækning af hvilken rolle morsekode-kommunikationen spiller for kaskelothvaler og teste, hvorvidt det er den præcise timing og frekvenssammensætning i de enkelte klik, der er den informationsbærende enhed fremfor det overordnede klikmønster. Dette projekt er det første detaljerede studium af betydningen af akustisk kommunikation hos store hvalarter, og vil være banebrydende i forhold til fremtidige studier kommunikation hos dyr i det fri.

I de senere år er personaliseret medicin behandling gentagne gange blevet forudsagt til at ville revolutionere sundhedsvæsenet. Personaliseret medicin indebærer muligheden for at forudsige sygdomsrisici samt medicinske bivirkninger. Sådanne forudsigelser kan eventuelt identificere individer, der ville drage fordel af tidlig forebyggende intervention. For nogle sygdomme, f.eks. brystkræft, bliver genetiske tests allerede anvendt klinisk til evaluering af sygdomsrisiko, men hvad angår de fleste arvelige folkesygdomme, såsom kræft, psykiatriske lidelser og hjertesygdomme er de nuværende genetiske tests imidlertid kun anvendelige for et meget lille mindretal af de patienter, der er genetisk disponeret for sygdommen. Nye genetiske tests baseret på hele det sekventerede genom, i.e. polygeniske risikoscores, har teoretisk set mulighed for at forbedre diagnosen og forudsigelserne for sygdomsrisici drastisk. For at nøjagtigheden af forudsigelser baseret på polygeniske risikoscores bliver god nok til at blive klinisk relevante, kræves der imidlertid enorme mængder træningsdata, som trods store prisfald i gensekventering stadigvæk er urealistiske indenfor den nærmeste fremtid. I nærværende ansøgning foreslår jeg at udvikle en ny polygenisk risikoscore metode, der kan opnå klinisk relevante forudsigelser ved hjælp af meget mindre træningsdata end tidligere studier. Til at påvise anvendeligheden vil jeg bruge mindst tre store danske sekventeringsdatasæt for ADHD, autisme og depression.

Elektriske interaktioner i mikrobiel metanprodution: hvor udbredt er direkte elektronoverførsel mellem mikroorganismer i metanproducerende systemer? Metan, som både er en kraftig drivhusgas og en omkostningseffektiv energikilde, dannes ved biologisk nedbrydning af organisk affald. Metanproduktionen foregår her gennem en udveksling af stofskifteprodukter mellem forgærende bakterier og metandannenede arkæer, der omsætter bakterierenes forgæringsprodukter. Indtil nu er brint det bedst undersøgte mellemprodukt. Nye undersøgelser har imidlertid overraskende påvist en helt ny type udveksling baseret på direkte overførsel af elektroner, og foreslået, at denne form for syntrofi er af generel betydning i metandannende systemer. Målet med dette projekt er at opnå en detaljeret forståelse for udbredelsen af direkte elektronoverførsel i forskellige miljøer. Dette er nødvendigt for at vi kan udvikle metoder til at kontrollere metanproduktionen efter behov, og hermed bidrage til løsningen af to af de største udfordringer i det 21. århunderede - bortskaffelse af affald og ren energiproduktion.

Lys har den ejendommelige egenskab, at det kan beskrives både som en bølge og en partikel. I partikelbeskrivelsen er der en nedre grænse for, hvor meget lyset kan opdeles, og den mindste bestanddel kaldes en foton. To lysstråler vekselvirker ikke, hvilket kan observeres ved at lyskeglerne fra to lommelygter passerer igennem hinanden, hvis de krydses. For at få to lyssignaler til at vekselvirke, kræver det en mellemliggende lys-stof vekselvirkning, som kan overføre information fra det ene signal til det andet. Sådanne vekselvirkninger er meget interessante, fordi de muliggør en lynhurtig behandling af den enorme datatrafik, som udgøres af specielt internettet. Den ultimative grænse for lys-stof vekselvirkning opnås, når stoffets egenskaber ændres af en enkelt foton, og denne ændring kan mærkes af en anden foton. Dette projekt omhandler teoretiske og eksperimentelle undersøgelser af lys-stof vekselvirkningen i fabrikerede nanoskala strukturer i diamant. Små defekter i materialet danner ”kunstige atomer”, som kan vekselvirke med fotonerne og danne ”sammenflettede” tilstande, hvor lyset i princippet ikke kan skelnes fra stoffet. Disse kvantemekaniske tilstande gør det samlede system følsomt over for det præcise antal fotoner, der er til stede. Sådanne tilstande er en vigtig byggeklods i kvantecomputere, der er en endnu ikke realiseret type computer med en enorm kapacitet til at løse en række særlige problemer, som almindelige computere aldrig vil kunne klare.

Adgang til rent vand er afgørende for al menneskelig aktivitet. Danmark har internationalt førende ekspertise indenfor kortlægning af grundvandsressourcer med geofysiske metoder. I projektet anvendes en ny, hot forskningsmetode, Nuclear Magnetic Resonance (NMR) til at kortlægge jordens hydrauliske egenskaber. NMR kendes bedst fra hospitalets skannere. Med NMR måles spinnet af protoner i grundvandets vandmolekyler, og fra målingerne kan det ses, hvor meget vand der er i de geologiske lag, og hvordan porestrukturen er sammensat. De hydrauliske egenskaber udtrykker, hvor meget vand der kan presse igennem et jordlag, og det er essentielle parametre, når man skal modellere, vandets strømninger i jorden. Projektet vil undersøge sammenhængen mellem NMR parametre målt fra jordoverfladen og i borehuller. Disse parametre er ikke altid sammenlignelige, da parametre målt på overfladen måler over et meget stort jordvolumen, mens parametre målt i borehuller måler over et lille og lokalt volumen. Parametrene målt på overfladen er meget følsomme overfor magnetiske materialer i de geologiske lag. Projektet vil også udvikle en korrektionsmetode for disse forstyrrelser. Endelig vil det blive undersøgt, hvor godt en korrektion beregnet på én lokalitet repræsenterer et helt område. Projektet gennemføres hovedsageligt på Stanford University, der er internationalt førende på dette område. Der vil være tæt samarbejde med forskere på Rutgers University og HydroGeofysik Gruppen på Aarhus Universitet.

Kviksølv udledes fra bl.a. kulkræftværker og guldudvinding. I marine økosystemer kan kviksølv omdannes til det organiske methylkviksølv, der ophobes i fødekæden. Det er toksisk og kan påvirke nervesystemet i levende organismer. Koncentrationen af kviksølv i vand og levende organismer bliver derfor overvåget af bl.a. HELCOM, der er en mellemstatslig organisation oprette for at beskytte Østersøens miljø. HELCOM har fundet, at 90% af muslinger og 75% af fisk i Østersøen har et indhold af kviksølv, der overgår de miljøkvalitetskrav som EU har sat for beskyttelse af dyr i toppen af den akvatiske fødekæde. Trods den fortsatte overvågningen af kviksølv er der ikke udviklet nogle modeller til at hjælpe med fortolkningen af data. I mit projekt vil jeg udvide to eksisterende modeller for Østersøen, så de kan simulere henholdsvis kviksølvs kredsløb i vandkolonnen og kviksølvs bioakkumulering i fødekæden. De to modeller er koblede og blev oprindeligt udviklet til at undersøge næringsstoffers kredsløb og effekt på dyrebestanden i Østersøen. Jeg vil først undersøge, hvordan kviksølvs kredsløb og bioakkumulering har ændret sig i det seneste årti. Derefter, vil jeg undersøge, hvordan vi kan forvente, at kredsløb og bioakkumulering vil ændre sig i fremtiden som følge af ændringer i kviksølvs tilførsel, næringsstofs tilførsel og klima relaterede temperatur stigninger. Projekt vil danne baggrund for en vurdering af om dyrebestanden i Østersøens vil blive yderligere belastet med kviksølv i fremtiden.

Små planktonorganismer er ansvarlige for måske 90 % af de biologiske processer i havet og spiller derfor en afgørende rolle for havets biogeokemiske kredsløb og det globale klima, og udgør samtidig grundlaget for havets levende ressourcer. For at forstå de biogeokemiske kredsløb og vurdere effekter af klimaændringer og andre miljøpåvirkninger kræves en god forståelse af de biologiske processer i planktonfødekæden. Formålet med dette projekt er eksperimentelt at kvantificere fordele og ulemper, ”tradeoffs”, ved de tre forskellige fødesøgningsstrategier, som zooplankton bruger til at indsamle mikroskopiske fødepartikler: hvor effektive, hvor risikable, og hvor energetisk omkostningsfulde er de tre strategier? Herved bliver vi i stand til at modellere og forudsige fordelingen af forskellige zooplanktontyper i havet og vurdere effekter af miljøændringer på planktonfødekæden.

Projektet omhandler statistiske metoder hvor lokale afstande mellem datapunkter defineres ud fra den observerede data. Når store mængder data skal analyseres statistisk på en computer er det første trin at vælge en vektor-repræsentation af data på computeren. Valget har i praksis stor betydning for det endelige statistiske resultat da valg af repræsentation ofte også betyder valg af sammenligningsmetode (afstandsmål) mellem observationerne. Valget af repræsentation har altså stor indflydelse på statistikken da den afgør hvilke observationer der minder om hinanden. I dette projekt bruger vi observeret data for at tilpasse afstanden mellem par af vektor-repræsentationer sådan at denne bedre beskriver observerede tendenser. Tilgangen er fleksibel da afstandsmålet godt må variere som funktion af hvor i data-rummet ens par af punkter befinder sig. Matematisk gøres dette ved at diktere at metrikken skal ændre sig glat som en funktion af position i observationsrummet. Med denne antagelse kan teknikker fra Riemannsk geometri benyttes til at udvikle og analysere algoritmer til at foretage de statistiske beregninger. Vi vil studere forskellige måder hvorpå sammenligningsmetoden automatisk kan tilpasse sig den observerede data, samt hvilke teoretiske og praktiske konsekvenser dette medfører. Vi vil desuden udvikle effektive algoritmer således at tilgangen kan anvendes på praktisk data.

Optogenetik er en revolutionerende ny teknik, som har givet forskere nye muligheder for at udforske nogle af biologiens fundamentale processer. Den er anvendt indenfor hjerneforskning hvor den har givet ny indsigt i nogle af hjernens funktioner helt nede på celleniveau, men er også ved at blive populær indenfor andre områder. Der bruges specielle lys-følsomme proteiner, såkaldte channelrhodopsiner, som indkorporeres i cellevæggen med genetisk manipulation. Disse proteiner gør at man kan tænde og slukke cellens funktion ved hjælp af lys med specifikke bølgelængder. Optogenetikken er stadig i en tidlig udviklingsfase hvor der er brug for nye og forbedrede lysfølsomme proteiner. For eksempel for at kunne lave bedre eksperimenter hvor man kombinerer aktivering af forskellige celletyper har man brug for lys-følsomme proteiner der aktiveres ved forskellige bølgelængder. Den traditionelle metode til udvikling af nye proteiner er en omstændig og ressourcekrævende proces. Disse problemer kan med stor fordel løses med computermodellering. Ved at anvende modeller baseret på kvantemekanik kan man undersøge og forudsige hvilke mutationer der kan føre til proteiner med nye egenskaber. Formålet med dette projekt er at udvikle effektive computer-baserede modeller og værktøjer til at skabe nye lys-følsomme proteiner som vil kunne anvendes i optogenetikken.